Ионы в ловушках — электронное управление кубитами (СВЧ / РЧ вентили) на панели карты: Электронные вентили на ионах

Архитектура в отчёте (§8.3)

8.3.6 Электронные вентили на ионах — Ионы в ловушках — электронное управление кубитами (СВЧ / РЧ вентили) (ion_elec)

Идея. Убрать лазер из запутывающего вентиля: токи в электродах чипа ловушки создают СВЧ-поле, чей градиент связывает сверхтонкий ионный кубит с общим движением (g_elec); дорожки возбуждения общие, а ионы выбирают локальные подстроечные электроды [D][257]. СВЧ-фотон не достигает ни одного возбуждённого состояния, поэтому предел рассеяния лазерных вентилей исчезает: 8.4×10⁻⁵ на двух ионах, без охлаждения до основного состояния [D][102]. Цена — скорость, ведь более сильный градиент приближает ион к нагревающим поверхностям: 225.8 µs на вентиль [D][102] против ~70 µs на Helios [D][97]. Ставка: управление, масштабируемое как электроника, ~200 источников на 1 000 ионов [S] (§7.5).

Что ей нужно. Вентиль требует СВЧ-управления, интегрированного в чип (ct_ionmw), которое требует токовых дорожек в ловушке: чип и есть система управления, без запасного варианта в виде лазерных вентилей. Лазеры остаются для охлаждения, приготовления состояния и флуоресцентного считывания. У носителя, вентиля, управления, считывания и межсоединения по одной технологии; в остальных слоях варианты заменяют друг друга: шина цепочки или перемещение ионов, qLDPC или высокоскоростные коды (оба требуют связности «все со всеми»), Relay-BP или паросочетание (matching), микроизготовление ловушек или линия КМОП 300 mm. Без транспорта выведенный раунд синдрома ограничен вентилями: 1.52 ms, из них 1.4 ms — вентили [S] (§7.4).

Где она стоит. Семь машин, три устройства, ни одного запуска кода, декодера или связи. QUARTET (Oxford Ionics/IonQ) в британском National Quantum Computing Centre — крупнейший, 32 кубита (табл. 8.3), — число, которого не даёт ни один первичный источник; его статья-свидетельство показывает семизонный чип до 10 кубитов [D][257]. JION (eleQtron с Forschungszentrum Jülich), открытый 3 сентября 2026, работает с 30 ионами иттербия без опубликованной точности [P][258]; его предшественник QSea I — 10-кубитный демонстратор eleQtron для DLR Quantum Computing Initiative — работает в Гамбурге с июля 2024 года [C][327]. Отсюда и отсутствие лучшей ошибки в табл. 8.3: 99.99% — рекорд на двух ионах [D][102]. Superion 256 доступен для заказа: чипы производства SkyWater, ионы захвачены в прототипах, точности на 256 кубитах нет [C][119]; IonQ Superion 10K (коммерческий, 2028) [R][119] и NFQC-1k (≥1 000 физических, 50 логических кубитов к 2030) [R][126] — планы; XAPHIRO (QUDORA NFQC) строится — первый ион захвачен в июне 2025 года, пятьдесят кубитов обещаны к январю 2027 года; доступен пока только эмулятор.

Исключения и заимствования. Ни одна ячейка не выходит из слотов архитектуры; исключения — в свидетельствах. Один лишь Superion 256 заполняет все десять слоёв — по планам: qLDPC-код из оценки ресурсов [S][112], заявленный фотонный канал связи [C][119], ячейка Relay-BP с записью «algorithm not named», тогда как опубликованный декодер IonQ работает на одном CPU [S][111] (ошибка разметки), альтернатива метастабильного кодирования без единой ссылки. Слои 7–9 — намерения IonQ. IonQ Superion 10K и NFQC-1k оставляют четыре слоя не раскрыто: ранняя стадия. MAGIC у JION (связь, наведённая магнитным градиентом) адресует ионы по частоте в статическом градиенте — второй механизм внутри технологии, определённой ближнепольным: технология нарисована слишком широко. Альтернатива перемещения ионов у QUARTET — без сроков. iQPU от Universal Quantum (архитектура QCCD) заимствует технологии вентиля и управления и одинаково подходит обеим архитектурам: гибрид.

Следующая проверка. Superion 256 ожидается в исследовательском центре NVIDIA и во Florida International University в 2027 [C][130], [131]. Подтвердить, если к концу 2027 он будет введён в строй с двухкубитной ошибкой около 10⁻⁴ по всему регистру, с опубликованными временем вентиля, нагревом и перекрёстными помехами (§5.2). Понизить, если он сдвинется за 2027 или если его ошибка окажется вдесятеро выше рекорда на двух ионах, когда сотни СВЧ-каналов разделят один кристалл: тогда электронное управление останется однокубитным слоем машин с лазерным запутыванием.

Что говорят строители. Oxford Ionics считает, что один кубит высокой точности стоит сотен плохих, и рассчитывает на 13 физических кубитов на логический и на 10 000+ кубитов за счёт тиражирования своей 256-кубитной конструкции, не называя сроков [C][843]. IonQ, владеющая ею с 2025 года, ожидает, что электронное управление снизит стоимость кубита более чем в 300 раз по сравнению с лазерным, и принимает заказы на Superion 256 с поставкой в 2027 году [C][119]; с КМОП-схемами на самом чипе она обещает полную отказоустойчивость в лаборатории в 2027 году и в коммерческой машине в 2028 году [R][119]. eleQtron называет MAGIC — микроволновое управление в градиенте магнитного поля — ясным путём к масштабированию [C][128], [129] и в сентябре 2026 года открыла машину JION в Юлихе [C][844]. Консорциум во главе с QUDORA за пять лет намерен построить демонстратор на 1000 физических и 50 логических кубитов с ошибкой логической операции ниже 10⁻⁴ [R][126].

Машины этой архитектуры (реестр: 7, из них 3 устройств, 3 с вентилями). IonQ — IonQ Superion 10K (запланирована, 10 000), Superion 256 (анонсирована, 256); Oxford Ionics (IonQ) — QUARTET (в эксплуатации, 32); QUDORA Technologies — XAPHIRO (QUDORA 50-qubit NFQC prototype for the DLR Quantum Computing Initiative) (анонсирована); QUDORA Technologies-led consortium (TU Braunschweig, Leibniz University Hannover, PTB, Forschungszentrum Jülich, NXP Semiconductors Germany, AQT Germany) — NFQC-1k (запланирована, 1 000); eleQtron + Forschungszentrum Julich — JION (в эксплуатации, 30); eleQtron with NXP Semiconductors and ParityQC, for the DLR Quantum Computing Initiative — QSea I (DLR QCI ion-trap demonstrator) (в эксплуатации, 10).

Ячейки вне слотов архитектуры (10). IonQ Superion 10K: L4 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; IonQ Superion 10K: L8 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; IonQ Superion 10K: L9 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; Superion 256: L7 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; Superion 256: L8 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; XAPHIRO (QUDORA 50-qubit NFQC prototype for the DLR Quantum Computing Initiative): L4 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; NFQC-1k: L4 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; NFQC-1k: L7 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; NFQC-1k: L8 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию; NFQC-1k: L9 undisclosed там, где архитектура ожидает технологию.